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Ein Prototroph oder Wildtyp ist das normale Individuum, das alle für sein Wachstum erforderlichen komplexen Metaboliten aus von außen gewonnenen Rohstoffen synthetisieren kann. Es kann im Labor auf Minimalmedium wachsen, das aus Ammoniak, Zucker, Salzen und Biotin besteht. Beadle und Tatum (Abb. 6. 15) fanden drei Arten von Auxotrophen, die die Aminosäuren Ornithin, Citrullin und Arginin benötigten. In den Prototrophen wurde Aminosäure Arginin in ihrem Körper gefunden. Offensichtlich wurde es aus Ammoniak und Zucker des Minimalmediums synthetisiert. Auxotroph, der Ornithin für sein Wachstum benötigt, enthält kein Arginin und stirbt aufgrund von Proteinmangel. Wenn es mit Ornithin geliefert wird, besitzt es Arginin. Auxotrophe, die Citrullin benötigen, besitzt Ornithin, aber kein Arginin. Wenn Citrullin zugeführt wird, erhält der Auxotroph Arginin. Die Nährstoffmutante, die Arginin benötigt, enthält sowohl Ornithin als auch Citrullin. Es scheint, dass Arginin aus Ammoniak und Zucker des Minimalmediums in mindestens drei Schritten synthetisiert wird, die jeweils ein eigenes Enzym benötigen.
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Beadle und Tatum argumentierten, dass defekte Enzyme auf defekte oder mutierte Gene zurückzuführen seien. Daher drücken Gene ihre Wirkung aus, indem sie die Synthese von Enzymen steuern. Im Jahr 1948 schlugen Beadle und Tatum vor, dass ein Gen die Synthese eines Enzyms kontrolliert. Für diese Arbeit wurden sie 1958 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. So gründeten Beadle und Tatum die neue Wissenschaft der biochemischen Genetik. One-Gene-One-Polypeptid-Hypothese: Eine Gen-1-Enzymhypothese weist einige Mängel auf: (i) Alle Gene produzieren keine Enzyme oder deren Komponenten. Einige von ihnen kontrollieren andere Gene, (ii) Enzyme sind im Allgemeinen von Natur aus proteinartig, aber alle Proteine sind keine Enzyme. (iii) einige RNAs zeigen auch Enzymaktivität, (iv) Ein Protein oder Enzymmolekül kann aus einer oder mehreren Arten von Polypeptiden bestehen. Yanofsky et al. (1965) fanden heraus, dass das Enzym Tryptophan-Synthetase des Bakteriums Escherichia coli aus zwei separaten Polypeptiden besteht, A und B.
Ephrussi arbeitete am Institut de Biologie Physico-chimique (Institut für physikalisch-chemische Biologie) in Paris, Frankreich, und untersuchte die Gene der Fruchtfliege Drosophila melanogaster. Er lernte Beadle kennen, der am Caltech in Pasadena, Kalifornien, arbeitete, nachdem er 1930 ein Rockefeller-Stipendium erhalten hatte, das ihm erlaubte, dort von 1934 bis 1935 zu forschen. Am Caltech untersuchten Beadle und Ephrussi die genetischen Faktoren der Augenpigmentierung bei Drosophila melanogaster. Am Caltech experimentierten Beadle und Ephrussi von 1934 bis 1937 mit mutierten Fruchtfliegen. In einem Versuch, die Augenfarbe der Fliegen durch genetische Komponenten zu erklären, übertrugen Beadle und Ephrussi larvales Gewebe, das normalerweise zu erwachsenen Augen wird, von einem larvalen Embryo auf einen anderen und zeichneten die Ergebnisse auf. Anhand von sechsundzwanzig Mutanten, die unterschiedliche Augenfarben hatten, transplantierten Beadle und Ephrussi Augengewebe von einer Fliege jeder Art von Mutante in die Bauchregion einer Wildtyp- oder normalen Fruchtfliege.
Welche Ursachen und Konsequenzen hat ein defektes Enzym 1, 2 oder 3? Ein durch Mutation nicht funktionierendes Enzym kann ein Substrat nicht mehr umsetzen. Warum eigentlich nicht? Wiederholen Sie Ihr Wissen zum Thema Enzyme.
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Daraus kann man schließen, dass Enzym 2, welches ja für die Umwandlung von Chorrisminsäure zu Anthranilsäure zuständig ist, blockiert ist. Somit zeigte sich, dass ein Gen womöglich den Bauplan für ein Enzym trägt -> Ein Gen ein Enzym Hypothese.